土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與地基加固技術(shù)分析

郭哲

吉林省石油化工設(shè)計研究院 吉林長春 130021

建筑學(xué)中有許多分支，其中土木工程是一個重要的部分，土木工程是建筑中給予結(jié)構(gòu)牢固性及可靠性的重要保障。由此土木工程在建筑中得到了高度重視，因為土木工程決定了人們住房的質(zhì)量，也為后續(xù)的建筑打下了堅實的基礎(chǔ)，土木工程的作用很大程度就是保證施工的安全性。

1 建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計特點與原則

建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計與施工是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，在實施過程中準確把握加固設(shè)計與施工的特點與原則非常重要。首先，要明確加固設(shè)計與施工的目的。對建筑結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計與施工目的是要增強結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定可靠性，而增強結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定可靠性應(yīng)是最大程度減少對原有結(jié)構(gòu)的干擾和損壞。其次，結(jié)構(gòu)評估是進行建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計與施工的第一步，工作人員應(yīng)根據(jù)建筑業(yè)主提供的建筑原始數(shù)據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場核查情況對結(jié)構(gòu)進行評估，以評估結(jié)果作為對建筑結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計與施工的重要依據(jù)。加固設(shè)計要基于建筑物布局，以確保設(shè)計符合有關(guān)安全和使用要求。在加固施工中，為減小次要作用力影響，應(yīng)對原始結(jié)構(gòu)進行卸載，然后按加固設(shè)計及技術(shù)規(guī)范要求進行施工。建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計和施工要遵循一定的原則，主要有以下幾方面：①經(jīng)濟性原則。這是建筑工程施工中的首要原則，在確保施工質(zhì)量基礎(chǔ)上，施工建設(shè)成本就是需要重點考慮的問題，體現(xiàn)在實際工作中就是經(jīng)濟性。建筑加固設(shè)計中要充分考慮加固改建費用合理性問題，加固設(shè)計前要充分做好加固經(jīng)濟性評估工作，以確保加固設(shè)計與施工的經(jīng)濟性。②實用性原則。大多需要進行加固設(shè)計與施工的建筑都是用來居住或使用的，而實用性是使用中的關(guān)鍵問題，因此在建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計與施工中要充分考慮結(jié)構(gòu)功能的實用性。③合理性原則。結(jié)構(gòu)加固要符合實際需求，應(yīng)從實用方面對原有結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化加固設(shè)計，避免出現(xiàn)脫離實際進行設(shè)計而導(dǎo)致成本增加及后續(xù)實用不符合需要的情況。④可行性原則。不同加固設(shè)計及施工技術(shù)應(yīng)用都有相關(guān)要求及應(yīng)用范圍，要根據(jù)工程各方面的具體條件進行加固設(shè)計，避免出現(xiàn)過于追求技術(shù)而不考慮可行性的加固設(shè)計[1]。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1 合理選擇建筑基礎(chǔ)類型

應(yīng)保障建筑基礎(chǔ)選型的合理性和科學(xué)性。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，既要關(guān)注建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外觀設(shè)計，還應(yīng)實地考察建筑物所在區(qū)域環(huán)境，做好實地考察工作，掌握建筑物建設(shè)地址周圍實際情況，并據(jù)此進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，以確保所制訂的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案符合施工區(qū)域環(huán)境特點，避免建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，不具備可行性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了提高設(shè)計人員對建筑物基礎(chǔ)的選型能力，還要重視對設(shè)計人員的培訓(xùn)，強化設(shè)計人員的專業(yè)能力，提高其實地勘察意識，使其能夠在實際工作中采集相關(guān)信息數(shù)據(jù)，提升設(shè)計人員數(shù)據(jù)收集能力，確保建筑基礎(chǔ)選型更加合理，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供可靠的參考依據(jù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。工作人員在獲取設(shè)計圖紙后，需要全面了解建筑物所在地實際情況，充分掌握其水文條件、地質(zhì)環(huán)境和氣候特點等，并根據(jù)這些信息進行綜合分析調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，使建筑物結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)，保障建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，之后再實施建模計算工作。

2.2 優(yōu)化設(shè)計剛性樓面和承重墻結(jié)構(gòu)

在設(shè)計剛性樓面時，可利用專業(yè)軟件進行計算，充分發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用，明確其結(jié)構(gòu)真實承受力，防止出現(xiàn)誤差。為使整個樓層設(shè)計為剛性樓面，需要做到以下4點：①在實際設(shè)計過程中，不可選擇存在變形狀況的平面比，如大開洞；②布置建筑結(jié)構(gòu)時，需根據(jù)實際情況進行配筋，設(shè)計平面要和剛性樓板相關(guān)要求保持一致；③在設(shè)計承重墻結(jié)構(gòu)時，需全面分析地震災(zāi)害，不斷提升墻體抗剪強度，使之抗震性能得到提升；④所使用施工材料強度要達到標準要求，增加橫墻軸壓力。如若建筑物面積較大，在設(shè)置縱墻結(jié)構(gòu)時，可利用梁支撐方式來提高其承重力。除此之外，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可交替布置橫墻承重和縱墻承重[2]。

2.3 基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計

房屋建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對于整體結(jié)構(gòu)的影響是非常大的，基礎(chǔ)設(shè)計是否合理會關(guān)系到房屋建筑的穩(wěn)定性與安全性。因此，進行房屋建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場的地質(zhì)條件選擇最為恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)結(jié)構(gòu)類型。比如，一些房屋建筑的筏板基礎(chǔ)設(shè)計中，常常會面臨上下柱墩抗沖切情況，當(dāng)墩柱尺寸相同時，上柱墩可以滿足沖切需求，而下柱墩卻難以達到?jīng)_切標準，這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的問題往往是由于上柱墩與沖切線之間存在相交的情況，而相同尺寸的下墩柱與沖切線不相交；上下墩柱選擇不合理，一旦在基礎(chǔ)施工過程中土方的開挖量相對較大時，往往需進行下柱墩的科學(xué)設(shè)計。針對筏板基礎(chǔ)設(shè)計方面的這一問題，應(yīng)結(jié)合具體的基礎(chǔ)設(shè)計標準進行各個細節(jié)的科學(xué)設(shè)計和調(diào)整?？傊魏蔚姆课萁ㄖA(chǔ)設(shè)計中，專業(yè)設(shè)計人員都應(yīng)加強對地基地質(zhì)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等方面的綜合分析，在最終的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定時，充分從結(jié)構(gòu)可靠性、施工成本和施工技術(shù)的角度出發(fā)優(yōu)化方案。比如，如果工程現(xiàn)場的承載力比較好，可以采用淺基礎(chǔ)，而工程現(xiàn)場地基承載力不足、土質(zhì)較差的情況下，需進行地基加固處理，選用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等，但無論采用的是哪種樁基礎(chǔ)，都要注意基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。

2.4 防腐安全設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)的防腐安全設(shè)計工作極為重要。本項工程防腐安全設(shè)計如下：①選用耐候鋼為主要材料，并要求材料廠家對鋼材進行熱浸鍍鋅處理，涂抹必要的防銹底漆；②由于本項工程具有一定美觀度要求，因此，在鋼結(jié)構(gòu)中，使用部分鋁制或鋅質(zhì)材料，這些活潑性金屬容易與周圍物質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)并表現(xiàn)出腐蝕性，因此，施工單位決定通過“涂層法”進一步提升鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，即在材料表面均勻涂抹黏性好、電阻大、疏水性好的防腐材料；③針對鋼結(jié)構(gòu)主體的地下部分，施工單位采用了“陰極保護法”提升防腐性能，即在地下結(jié)構(gòu)表面附加較活潑的金屬材料，從而取代鋼材進行化學(xué)反應(yīng)，達到防腐的效果。

3 土木工程地基加固技術(shù)分析

3.1 換填法

換填法作為地基加固方法中最普遍常見的方法之一，主要應(yīng)用于地表是軟土層的地理環(huán)境。軟土層顧名思義土層比較松軟，土壤的濕度和黏性大，施工中為了增加土壤的硬度，往往采用換填的施工方法，即在實際的施工中將地表層的軟土挖出，將挖出空置的部分充填進堅硬的土塊和石頭，這樣將土石和軟土進行置換，以此來達到為地基加固、改善地基承載力特性的目的。換填法具體的施工還要根據(jù)環(huán)境制定具體的施工方法，比如換土墊層法、強夯置換法、振沖置換法、碎石樁法以及EPS輕填法等。換土之后的地基相比較于原來的地基，具有荷載力高、硬度高、不易變形等優(yōu)點，形成性能良好的人工地基，更加適合土木工程的施工建設(shè)[3]。

3.2 加筋地基技術(shù)

土木工程是一個復(fù)雜而系統(tǒng)性的工程，每個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系都很緊密。所以在施工時每一個環(huán)節(jié)都必須得到質(zhì)量上的保證，以確保最后的建筑是一個合格并且堅固的建筑。如果其中的某一項環(huán)節(jié)沒有得到保證，那么一定會在建筑在顯現(xiàn)出來，甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。所以為了確保施工的安全性，工程技術(shù)人員需要對每一個環(huán)節(jié)進行審核以保證環(huán)節(jié)的正確性。在施工過程中可以使用多項技術(shù)的有效融合來對某一塊土地進行施工加固，也對后續(xù)的建筑施工提供保障。為了安全性能夠得到保證，在對地基加固時的技術(shù)及方法就變得十分重要，尤其是加筋地基加固技術(shù)的使用，這項技術(shù)是一項目前使用比前兩項技術(shù)更多的一項。加筋地基加固技術(shù)是在土地中加入一種抗拉材料來增加地基地堅固性，相比與前兩者更加傾向于用現(xiàn)代的新技術(shù)來加固地基。這種新材料也沒有讓施工人員失望，抗拉材料能有效增加地基地堅固性以及穩(wěn)定性。在使用這種技術(shù)方法時不需要太多的復(fù)雜的工藝以及技術(shù)手段，在具體的施工過程中也可以使用難度不大的方法對其進行落實?？估牧喜皇侵敢环N專門的材料，而是具有抗拉強度能力的材料都成為抗拉材料，施工人員可以根據(jù)土地的具體情況使用不同的抗拉材料。最簡單的就是選擇一些土工合成性材料融合到地基中來增強堅固性。土工材料與土地有較好的結(jié)合性，還具有較好的防水性以及隔離性能。本身就能對地基起到很好的加固作用，所以是一種較好的材料。還有一種方法就是將鋼筋放入土地中，拉筋能夠與土地有一個良好的摩擦作用，當(dāng)拉筋與土地形成良好的摩擦之后，這種摩擦力可以增強拉筋與土地的連接性，拉筋與土地形成一種新的土地結(jié)構(gòu)，加強了土地的穩(wěn)定性。施工人員還可以將錨放入土地中作為拉筋加固劑。這種方法也是比較常見的，不僅可以增強土地的穩(wěn)定性也可以增強土地的承載能力。目前這種技術(shù)因為其自身的優(yōu)勢以及對土地?zé)o污染等有點被廣泛地利用在各個地基建設(shè)中。施工人員根據(jù)土地結(jié)構(gòu)可以在土地中插入土釘，可以作為一種加固方式來使用，施工人員再合適的位置上插入土釘，可以分擔(dān)地基承載力來彌補地基強度不高的問題。最后還可以使用在不穩(wěn)定低級周圍種樹的方法，利用樹的樹根來對土地進行加固，最好的是使用虞樹，虞樹樹根長、強硬能夠?qū)ν恋仄鸬胶芎玫募庸套饔谩?/p>

3.3 植筋施工技術(shù)

植筋加固法主要在房屋建筑結(jié)構(gòu)中較為常見，一般是在澆筑和振動混凝土過程中，在結(jié)構(gòu)柱鋼筋和部分墻拉筋脫落而墻體本身沒有支撐環(huán)的情況下應(yīng)用。該加固法通過植入和固定鋼筋，然后使用黏合劑將拉桿牢固粘合和固定于混凝土上，能夠更好地保證連接質(zhì)量，進而提高混凝土結(jié)構(gòu)和填充墻完整性，提高整體承載能力。植入加固法在實際中的應(yīng)用有以下要點：①鉆孔。這個施工環(huán)節(jié)中先根據(jù)設(shè)計要求標識出鉆孔位置、型號，然后利用沖擊電鉆在確定位置鉆孔?？咨罴翱讖揭鶕?jù)國家設(shè)計規(guī)范相關(guān)要求確定，確保符合設(shè)計標準要求。②清孔。這是植筋加固技術(shù)應(yīng)用的一個必要環(huán)節(jié)，也是確保植筋加固施工質(zhì)量的重要措施，因此鉆孔完成后應(yīng)及時進行清孔。③鋼筋除銹。鋼筋是植筋加固的重要材料，如果其本身質(zhì)量存在問題就會影響加固施工質(zhì)量，因此植入前要對鋼筋上的銹跡及污跡地進行清潔處理，以增強鋼筋粘接錨固性能。④注膠。使用專用注膠工具從孔底部開始進行注膠，施工中要注意盡量排出孔內(nèi)空氣。⑤植筋。植筋加固法的最后一個環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求按照規(guī)范流程進行施工，要根據(jù)鉆孔截圖情況合理選擇植筋方法，以確保施工質(zhì)量。

3.4 化學(xué)強化技術(shù)

科學(xué)技術(shù)是先進的生產(chǎn)力，施工人員需要提升專業(yè)的素質(zhì)，選擇用科技來提升技術(shù)水平。比如應(yīng)用化學(xué)強化技術(shù)來實現(xiàn)強化地基穩(wěn)定性的目的，就可以在土壤中適當(dāng)加入化學(xué)物質(zhì)，使得土壤起化學(xué)反應(yīng)，減小土壤之間的空隙，加強土壤內(nèi)部的連接，使得土壤形成一個堅固的整體?；瘜W(xué)強化可分為注漿法和深層攪拌法。注漿法主要是通過注漿的孔縫向土壤中加入化學(xué)物質(zhì)，使得土壤獲得加固。深層攪拌法主要是將水泥、石灰、水、還有其他材料有效融合，使混合之后的物質(zhì)進入到土層之中，從而提高地基地承載能力。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國土木工程建設(shè)的重要性日益凸顯。本文在分析以往土木工程施工實例的基礎(chǔ)上，通過對土木工程結(jié)構(gòu)與地基加固技術(shù)應(yīng)用設(shè)計科學(xué)合理的分析，發(fā)現(xiàn)其具有不可或缺的重要性，因為其不僅可以極大地增加相關(guān)設(shè)計方案的使用價值，還為以后相關(guān)工作的順利進行提供了重要的依據(jù)。所以，在土木工程建設(shè)中，應(yīng)重視優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和地基加固技術(shù)。現(xiàn)階段我國正在推進舊物改造工程，隨著土木工程使用壽命的增加，經(jīng)常會出現(xiàn)一些因為自身材料老化、天災(zāi)而產(chǎn)生的損壞情況，同時建筑物本身也可能會有一定的質(zhì)量問題，不僅影響了用戶的財產(chǎn)安全，還關(guān)系到用戶的生命安全。土木工程地基也經(jīng)常會出現(xiàn)不均勻沉降強度降低、基礎(chǔ)松動的問題。為保證住宅的質(zhì)量安全，必須對土木工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)進行加固和修復(fù)。